Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №3 - Журнал «Домашняя лаборатория»

Прибор предназначен для регистрации изменения тока в широких пределах (от 3 нА до 0,3 мА) и может быть использован в приборах для измерения малых изменений сопротивления, тока и напряжения. Прибор позволяет применять для регистрации измеряемых параметров цифровые индикаторы.

Входная ступень преобразователя выполнена по схеме интегрирующего усилителя на транзисторе VT1. Нагрузкой транзистора служит источник тока на транзисторе VT2. Источник тока стабилизирует режим транзистора VT1 и повышает коэффициент усиления ступени в целом. Резистором R15 устанавливают режим транзистора по постоянному току таким образом, чтобы среднее значение напряжения на входе было равно нулю. В цепь обратной связи транзистора VT1 включен дозирующий конденсатор С8.

На микросхеме DA1 выполнено пороговое устройство, выходной сигнал которого, через цепь C3R16 поступает на транзистор VT3, коллекторный ток которого перезаряжает дозирующий конденсатор. Частота перезарядки конденсатора С8 определяется входным током и при 1 нА равна 8,35 МГц, а при токе 0.3 мА — 2,5 МГц. Импульсно-токовая характеристика преобразователя практически линейна с погрешностью не более 5 % во всем интервале измеряемого тока и определяется соотношением N = 8,35∙109∙Iвх, где N — частота импульсов, а Iвх — измеряемый ток.

Для повышения стабильности работы преобразователя он помещен в термостат, снабженный терморегулятором. Терморегулятор выполнен по мостовой схеме на микросхеме DA2 и транзисторах VT6, VT7. Датчиком температуры служит терморезистор R1. Нагрузкой терморегулятора служит нагревательный элемент ЕК1. Терморегулятор обеспечивает постоянство температуры внутри термостата с точностью 0,5 °C. Задатчиком температуры регулятора служит резистор R2. Конденсатор С8 — ПМ-1.

На рис. 34 схематически изображено устройство, иллюстрирующее возможность дистанционной передачи на расстояние показаний манометра с трубкой Бурдона. Это прибор для дистанционного контроля давления воды в трубопроводе. Авторы конструкции А. Фоттелер и А. Афанасьев.

В пружинном манометре с трубкой Бурдона 2 механизм привода вращения стрелки заменен укрепленным на шарнире рычагом 4 с пружиной 5, который кинематически связан с подвижным магнитопроводом 8 дифференциального трансформаторного индуктивного датчика 6. Магнитопровод укреплен на тяге 9 в направляющих 10, изготовленных из немагнитного материала (бронза, латунь). При изменении давления в трубопроводе 1 изменяется положение трубки 2 и перемещается рычаг 4, тем самым изменяя положение магнитопровода 8 датчика относительно обмоток I–III катушки 7. При этом происходит изменение выходного сигнала, пропорциональное перемещению магнитопровода.

Вспомогательные приборы и приспособления

На рис. 35 изображена конструкция компрессионного дистанционного датчика внешнего давления. Конструкция разработана автором этой книги. Датчик предназначен для определения давления в толще грунта, ледяных массивов, песчаных отложений при внешних силовых воздействиях различного происхождения, различной длительности и направления. Он позволяет измерять давление дистанционно, что особенно важно при проведении исследований в районах Крайнего Севера. Датчик может найти применение при исследовании сил пучения, а также при изучении распределения сил, воздействующих на грунт под строящимися зданиями и сооружениями, сил, действующих в массивах льда при посадке на них самолетов.

На рис. 35,а схематически изображена конструкция датчика всестороннего давления. Он состоит из эластичного (из маслотеплостойкой резины) сферического баллона 1, заполненного маслом. Полость баллона соединена с рабочей полостью поршневого пружинного датчика 2 давления. Поршень 3, поджимаемый пружиной 4, кинематически связан тягой 5 с движками резисторов R1 и R2, подключенных к омметру.

Под действием силы F, воспринимаемой поверхностью датчика, внутри баллона 1 создается давление Р, которое воздействует на поршень 3. Поршень перемещается, сжимая пружину 4, и изменяет сопротивление резистивного элемента датчика.

В случае необходимости измерять направленное действие внешних сил, конструкцию датчика изменяют. Эластичный баллон заменяют жестким (см. рис. 35,б). С той стороны баллона 1, с которой надо измерить воздействие внешней силы F, установлена эластичная диафрагма 7. Перемещение поршня 3 датчика 2 с пружиной 6 регистрирует преобразователь 4.

На рис. 35,в показана конструкция элемента датчика, непосредственно воспринимающего действующее в исследуемом массиве усилие. Он состоит из эластичного баллона 3 с приливом, в который вставлена соединительная металлическая трубка 6. Верхний конец трубки развальцован. Датчик или манометр соединяют с баллоном накидной гайкой 5 с уплотнительной шайбой 4 из мягкой меди (свинца или алюминия). Диаметр баллона в зависимости от назначения можно варьировать в пределах от 30 до 120 мм. Толщина стенок не имеет принципиального значения, так как датчик работает на принципе уравновешивающего внутреннего противодавления.

На корпусе баллона размещены стандартная пресс-масленка 7 типа 1 и клапан 2 сброса воздуха с металлической пробкой 1. Клапан самодельный. Трубка и детали клапана 2 могут быть изготовлены из меди, латуни, нержавеющей стали. В случае применения вместо датчика давления пружинного манометра длина трубки 6 может достигать 10 м. Манометр может быть любой стандартный требуемого класса точности на давление 0,6-16 МПа.

Перед началом работы в баллон через масленку заливают минеральное или трансформаторное масло, раствор спирта, глицерин или другую жидкость с температурой замерзания не выше — 30 °C. Жидкость заливают таким образом, чтобы она полностью заполнила внутреннюю полость баллона, трубки 6, рабочую полость датчика давления или пружинного манометра.

Установка для тарировки датчика схематически изображена на рис. 35,г. Она состоит из разборной камеры высокого давления 2, заполненной маслом и снабженной образцовым манометром 7, а также гидравлическим прессом 8 для создания избыточного давления. В верхней части камеры 2 имеется устройство 3 уплотнения трубопроводов 4, соединяющих испытуемое устройство 1 (баллон Датчика) с внешним манометром 5 и датчиком давления 6.

Камеру 2 раскрывают и помещают внутрь испытуемый баллон 1. Полость баллона соединена с манометром 5 и датчиком давления 6 и предварительно заполнена жидкостью с небольшим избыточным давлением, около 0,02 МПа. Затем камеру 2 закрывают, уплотняют по фланцам и соединению 3, и заполняют компрессионной жидкостью. Затем гидравлическим прессом в камере создают избыточное давление. Это давление изменяют ступенями и давление каждой ступени измеряют манометрами 5 и 7 и датчиком давления 6. По данным измерений строят тарировочные кривые.

Вместо резистивного преобразователя в датчике может быть использован Дифференциальный индуктивный датчик перемещения. Индуктивные датчики не имеют трущихся контактов, стабильны по характеристикам, просты в изготовлении и надежны в работе.

Конструкция и габариты индуктивного датчика перемещения ИДТД (дифференциального трансформаторного) и ИДАД (дифференциального автотрансформаторного) показаны на рис. 36. Обмотки датчика выполнены на трубке диаметром 10 мм из немагнитного материала. Датчики ИДАД имеют две одинаковые обмотки по 1000 витков провода ПЭВТЛ 0,23. Датчики ИДТД имеют четыре обмотки по 1000 витков такого же провода. Суммарная длина обмоток у обоих датчиков — 60 мм. Длина магнитопровода (мягкое железо, сталь 3) — 33 мм, диаметр 6 мм. Он жестко скреплен с двумя